设计报告：基于STM32F103与CAN总线的智能直流伺服驱动器

摘要：本文设计并实现了一款基于 STM32F103C8T6 与 CAN 总线的低成本智能直流伺服驱动器，通过串级 PID 控制、四倍频编码器反馈、非线性摩擦补偿和 20 kHz 静音 PWM 调制，实现了面向工业自动化、机器人关节及精密定位场景的高精度、低超调、快速响应伺服控制。

系统概述

针对工业自动化、机器人关节及精密定位场景对低成本伺服单元的需求，本文设计并实现了一款基于 STM32F103C8T6 微控制器与 CAN 总线的智能直流伺服驱动器。系统以 JGA25-370 直流减速电机为执行机构，采用 TB6612FNG/AT8236 H 桥实现双极性 PWM 调制，通过 TIM3 四倍频解码获取 4532 pulses/rev 的位置反馈，在 10 ms 周期内执行串级 PID（位置环 + 速度环）运算。算法层引入死区控制（位置误差 < 0.15°）、积分分离（脉冲误差 > 50000）及分段非线性摩擦补偿，有效抑制了 1:103 高减速比齿轮箱在低速段的爬行与卡顿现象；PWM 载波频率设定为 20 kHz，实现电机零啸叫静音运行。通信层基于 CAN 2.0B 协议（1 Mbps），采用 C 语言 Union 类型实现字节流与浮点数的零拷贝转换。系统在 Keil μVision5 环境下编译通过，实测稳态精度 ±0.15°、超调量 < 5%、阶跃响应整定时间约 200 ms，达到工业级伺服单元的性能指标

图1 STM32-CAN智能直流伺服驱动器系统架构图

配套项目

项目代码：基于STM32F103与CAN总线的智能直流伺服驱动器设计 需要另外购买。

开源协议

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作者信息

作者：Steven
文档编号：Doc-1
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